Aus welchem ​​Atom besteht ein Neutronenstern?

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Ich verstand, dass alles aus Atomen bestand .

Ein Atom ist die kleinste konstituierende Einheit der gewöhnlichen Materie, die die Eigenschaften eines chemischen Elements hat. Jeder Feststoff, jede Flüssigkeit, jedes Gas und jedes Plasma besteht aus neutralen oder ionisierten Atomen

Jedoch mit Neutronensternen ;

Die Grundmodelle für diese Objekte implizieren, dass Neutronensterne fast ausschließlich aus Neutronen bestehen, die subatomare Teilchen sind

Bedeutet dies, dass Neutronen außerhalb eines Atoms existieren können und dass ein Neutronenstern nicht aus einem Element besteht, das im Periodensystem erkennbar ist?

James Wood
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Nicht alles besteht aus Atomen. Der Schlüssel hierbei ist, dass Neutronensterne nicht aus der in der ersten Definition erwähnten "gewöhnlichen Materie" bestehen. Es ist eine ganz andere und "spezielle" Art von Materie, die hauptsächlich aus Neutronen und einer Reihe anderer Dinge besteht. Ja, Neutronen können außerhalb eines Atoms existieren. Sie sind instabil, wenn sie frei sind. Sie sind im Neutronenstern stabil. Ein Neutronenstern besteht nicht aus einem "Element" - das fällt unter die Kategorie "gewöhnliche Materie", und das ist es auch nicht. Es ist eine andere Art von Sachen.
Florin Andrei
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@ florin-andrei Wäre ein "100% minus ein Neutron" -Neutronenstern mit einem einzelnen Proton ein Wasserstoffisotop?
Philippe Goulet
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Die Vorstellung, dass "alles aus Atomen besteht", ist eine Art Lüge für Kinder ( en.wikipedia.org/wiki/Lie-to-children ). Jedes "Ding", das bekannt ist, besteht aus Atomen, aber wir können alle Arten von "Dingen" und "Sachen" nennen, die nicht aus Atomen bestehen. Auch egal. Aus welchem ​​Atom wirbelt das Zeug in einem Zyklotron herum? Das Zeug, das deine Wolkenkammerspuren enthüllen?
Beanluc
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@PhilippeGoulet - nur wenn Sie die Definition des Wasserstoffatoms so weit überdehnen, dass sie keine Bedeutung mehr hat. Atome und Neutronensterne sind sehr unterschiedlich. Atome sind im Wesentlichen Quantenobjekte, sind von einer Elektronenwolke umgeben und interagieren hauptsächlich über Elektromagnetismus. Neutronensterne sind makroskopische Objekte, haben keine Elektronenwolke und interagieren hauptsächlich über die Schwerkraft. Fast keine der Regeln, die für eine gelten, konnte auf die andere angewendet werden.
Florin Andrei
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@Beanluc - Ich habe dieses Konzept der Kinderlüge schon einmal benutzt, aber ich hasse diesen Satz dafür. Wir leben im Grunde genommen in einem fraktalen Universum, da jede Erklärung, die es beschreibt, wenn man es auf einer bestimmten Ebene betrachtet, völlig "falsch" ist, wenn man auf eine tiefere Detailebene abtaucht. Es muss jedoch noch gezeigt werden, dass es eine endgültige Detailebene gibt. Warum sollten niedrigere Ebenen besser sein? Das heißt, wir sind vielleicht alle "Kinder", und alles ist eine "Lüge". Vielleicht wahr, aber zu deprimierend.
TED

Antworten:

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Ja, Neutronen können außerhalb des Atoms (oder Kerns) existieren. Im freien Raum zerfällt ein Neutron in einem Zeitraum von 10 Minuten in ein Proton, ein Elektron und ein Anti-Neutrino. In den dichten Innenräumen eines Neutronensterns bilden die Elektronen jedoch ein entartetes Gas, wobei alle möglichen Energieniveaus bis zur sogenannten Fermi-Energie aufgefüllt sind .

Sobald die Fermi-Energie der Elektronen die maximale Energie eines möglichen Beta-Zerfalls-Elektrons überschreitet, wird der Beta-Zerfall blockiert und die freien Neutronen werden stabil. Das passiert in einem Neutronenstern und man hat meistens Neutronen mit einem kleinen Bruchteil, vielleicht ein paar Prozent Elektronen und Protonen.

In den äußeren Teilen des Neutronensterns können sich die Protonen und Neutronen noch in Kernen (aber nicht Atomen) anordnen, aber diese Kerne sind extrem neutronenreich (sie würden normalerweise in der Natur nicht existieren) und werden nur durch gegen Betazerfall stabilisiert der Prozess, den ich oben beschrieben habe. Die äußerste Hülle kann aus vollständig ionisierten Eisenspitzen-Elementkernen bestehen, und es kann eine ultradünne (wenige cm) Schicht erkennbaren ionisierten Wasserstoffs, Heliums und Kohlenstoffs vorhanden sein (z. B. Wynn & Heinke 2009 ).

3×10163

Noch bei höheren Dichten lösen sich die Nudeln in einer Suppe von meist Neutronen mit etwa 1 Prozent Protonen und Elektronen auf.

Das folgende Diagramm (von Watanabe et al. 2012 ) zeigt ungefähr, wie diese Schichten angeordnet sind. Es sollte betont werden, dass dies auf theoretischer Modellierung basiert, wobei die Theorie umso weniger sicher wird, je weiter Sie in den Neutronenstern vordringen. Das Testen dieser Ideen umfasst Kern- und Teilchenexperimente, Beobachtungen von Pulsaren, Neutronensternkühlung, Röntgenstrahlenausbrüchen, Massen- und Radiusschätzungen in binären Systemen, Pulsarstörungen usw. usw. Keines der Details2M

Neutronensternstruktur

Rob Jeffries
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@ NickEdwards ich ganz sicher nicht. Entartete Neutronen können die Bildung eines Beta-Zerfallselektronen nicht blockieren!
Rob Jeffries
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Wie setzt sich der Umschlag zusammen? Kerne, die nicht neutronenreich sind?
Mark Foskey
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3×10163
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@martinargerami Es ist nicht möglich, das kurz zu machen. Dabei handelt es sich um Kern- und Teilchenexperimente, Beobachtungen von Pulsaren, Neutronensternkühlung, Röntgenstrahlen, Massen- und Radiusschätzungen, Störimpulse usw. usw. Keines der Details wurde zweifelsfrei bestätigt, aber das obige Grundbild ist zutreffend was wir wissen und was allgemein akzeptiert wird ist bar was im zentrum los ist. Insbesondere die Grundlagen der Krusten- und n, p, e-Fluidregionen sind theoretisch ziemlich gut verstanden.
Rob Jeffries
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@bendl Das ist unvorstellbar - wegen imperialer Einheitenmischung :)
Hagen von Eitzen
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Eine eher historische / sprachliche als physikalische Antwort:

Demokrit schlug vor, dass die Materie nicht unendlich geteilt werden könne, sondern dass man irgendwann ein kleinstmögliches Stück, das er Atomos nannte , für "ungeschnitten" erreiche. Soweit wir wissen, hatte er völlig recht.

Vor 1930 oder so haben wir modernen Menschen irrtümlicherweise sein Wort "Atom" auf das angewendet, was wir damals als das kleinste Stück eines chemischen Elements sahen, das seine Eigenschaften beibehielt, weil niemand jemals eines unterteilt hatte und chemische Prozesse sich so verhielten, als ob diese klein wären unteilbare Teilchen.

Nachdem diese Art von "Atom" gespalten war, blieben wir bei dem Wort. Was Demokrit heute "Atom" nannte, würden wir "Quark oder Lepton" nennen, Dinge, die wir für grundlegend und nicht spaltbar halten. Aber wir könnten uns auch dort irren, wenn zukünftige Physiker diese Dinge aufteilen würden.

Alle alltäglichen Dinge in unserem Leben - Sie, ich, die Erde, Ihr Haus, Ihre Nahrung usw. bestehen im Sinne von 1920 aus "Atomen", die chemisch, elektrisch und gravitativ interagieren. Sogar die Sonne besteht aus Atomen, obwohl sie in diesem Fall nicht ganz unteilbar sind, weil sie verschmelzen und sich in verschiedene Arten verwandeln.

Bestimmte seltene und exotische Dinge im Universum bestehen nicht aus Atomen im Sinne von 1920, wie Neutronensterne. Obwohl sie aus kleinen unteilbaren Quarks und Leptonen bestehen; Atome im Sinne von Demokrit.

Lee Daniel Crocker
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